BRPI0616016A2 - interdigital electronic device - Google Patents

Abstract

An interdigital electronic device comprises a conductor, an interdigital electrode, and a composite material disposed between the conductor and the interdigital electrode for electrically connecting the conductor and the interdigital electrode under application of sufficient pressure therebetween. The composite material comprises conductive particles at least partially embedded in an electrically insulating layer. The conductive particles have no relative orientation and are disposed so that substantially all electrical connections made between the conductor and the interdigital electrode are in the z direction. At least one of the conductor and the interdigital electrode is movable toward the other.

Description

"DISPOSITIVO ELETRONICO INTERDIGITAL""INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE"

Campo Da InvençãoField Of Invention

A presente invenção se refere a dispositivos eletrônicos ativadospor força e sensores de força que têm um eletrodo interdigital.The present invention relates to force-activated electronic devices and force sensors having an interdigital electrode.

Fundamentos Da TécnicaFundamentals Of Technique

Chaves de força e membranas sensoras de força são usados emdiversas aplicações, para detectar contato/toque, detectar e medir alterações deforça ou de carga aplicada, detectar e medir a taxa de alteração de força e/oupara detectar a remoção de uma força ou carga.Power switches and force sensing membranes are used in many applications to detect contact / touch, detect and measure force or applied load changes, detect and measure the rate of force change, and / or to detect the removal of a force or load.

As chaves de força e as membranas sensoras de força funcionamtipicamente por detecção de um sinal quando películas condutoras, eletrodos oucircuitos que estão separados são colocados, por um usuário, em contato poraplicação de força.Power switches and force sensing membranes typically function by detecting a signal when conductive films, electrodes or circuits that are separated are brought into contact by a force application.

As membranas sensoras de força, por exemplo, tipicamenteconsistem em um elastômero compreendendo partículas condutoras (a"camada elastomérica") posicionadas entre dois contatos condutores.Force sensing membranes, for example, typically consist of an elastomer comprising conductive particles (the "elastomeric layer") positioned between two conductive contacts.

Quando se aplica pressão em um dos contatos condutores, o contatocondutor é comprimido contra a superfície da camada elastomérica e sãocriados trajetos de condução. Os trajetos de condução são constituídos decadeias de partículas condutoras que formam um trajeto tortuoso através doelastômero. Portanto, a concentração de partículas condutoras noelastômero precisa estar acima de um limiar determinado (isto é, acima dolimiar de percolação) para que um trajeto contínuo seja formado. À medidaque se aumenta a pressão, são criados números maiores de regiões decontato entre o contato condutor e a superfície de camada elastomérica.When pressure is applied to one of the lead contacts, the lead contactor is pressed against the surface of the elastomeric layer and conduction paths are created. The conduction paths are made up of dozens of conductive particles that form a tortuous path through the elastomer. Therefore, the concentration of conductive particles in the elastomer must be above a certain threshold (ie above percolation doliminar) for a continuous path to be formed. As pressure increases, larger numbers of contact regions are created between the conductive contact and the elastomeric layer surface.

Assim, é criado um número maior de trajetos de condução através doelastômero e partículas condutoras, e a resistência através da camadaelastomérica é reduzida.Sumário Da InvençãoThus, a greater number of conduction paths through the elastomer and conductive particles are created, and the resistance across the elastomeric layer is reduced.

Considerando-se o exposto acima, reconhecemos que, como ostrajetos de condução em chaves de força e membranas sensoras de força datécnica anterior são constituídos de contatos de muitas partículas condutoras,podem ocorrem variações de resistência e histerese.Considering the foregoing, we recognize that since conduction paths on power switches and prior datum force sensing membranes are made up of contacts of many conductive particles, resistance variations and hysteresis may occur.

Em suma, em um aspecto, a presente invenção propõedispositivos eletrônicos interdigitais (chaves de força e sensores de forçainterdigitais, por exemplo) em que a concentração de partículas condutoras émenor do que o limiar de percolação. Os dispositivos eletrônicos interdigitaiscompreendem (a) um condutor, (b) um eletrodo interdigital e (c) um materialcompósito disposto entre o condutor e o eletrodo interdigital.In summary, in one aspect, the present invention proposes interdigital electronic devices (power switches and digital force sensors, for example) wherein the concentration of conductive particles is smaller than the percolation threshold. Interdigital electronic devices comprise (a) a conductor, (b) an interdigital electrode and (c) a composite material disposed between the conductor and the interdigital electrode.

Conforme empregado na presente invenção, o termo "eletrodointerdigital" se refere a um padrão periódico semelhante a dedos de eletrodoscoplanares. A Figura 1 ilustra um eletrodo interdigital exemplificativs. O eletrodointerdigital 100 inclui uma área de bloco 115 compreendendo um padrãosemelhante a um dedo e dois traços 125. O padrão é constituído por quinze"dedos" 135. O termo "interdigital" é também às vezes substituído na técnica portermos equivalentes como, por exemplo, "periódico," "microtira," "pente" (ou "empente"), "de grade," ou "interdigitado." Deve ficar subentendido que a presenteinvenção não se destina a ser limitada pelo uso do termo "interdigital" depreferência a estes ou outros termos equivalentes na técnica.As used in the present invention, the term "interdigital electrode" refers to a periodic fingerlike pattern of electrodes. Figure 1 illustrates an exemplary interdigital electrode. The electrodeinterdigital 100 includes a block area 115 comprising a finger-like pattern and two strokes 125. The pattern consists of fifteen "fingers" 135. The term "interdigital" is also sometimes substituted in the art for equivalent terms such as "periodic," "microtiter," "comb" (or "combent"), "grid," or "interdigitated." It should be understood that the present invention is not intended to be limited by the use of the term "interdigital" in preference to these or other equivalent terms in the art.

Pelo menos um do condutor e do eletrodo interdigital é deslocávelem relação ao outro (isto é, ou o condutor é deslocável na direção do eletrodointerdigital, ou o eletrodo interdigital é deslocável na direção do condutor, ouentão tanto o condutor como o eletrodo interdigital são deslocáveis um nadireção do outro).At least one of the conductor and the interdigital electrode is displaceable relative to the other (that is, either the conductor is displaceable toward the interdigital electrode, or the interdigital electrode is displaceable toward the conductor, or both conductor and interdigital electrode are displaceable). other's direction).

O material compósito compreende partículas condutoras pelomenos parcialmente embutidas em uma camada eletricamente isolante. Aspartículas condutoras conectam eletricamente o condutor e o eletrodointerdigital por aplicação de uma pressão suficiente entre eles. As partículascondutoras não têm uma orientação relativa e são dispostas de modo tal quesubstancialmente todas as conexões elétricas feitas entre o condutor e oeletrodo interdigital ocorrem na direção ζ (isto é, substancialmente todas asconexões elétricas feitas entre o condutor e o eletrodo interdigital ocorrem nadireção da espessura de uma estrutura relativamente plana e não na direçãocoplanar (x-y)).The composite material comprises conductive particles at least partially embedded in an electrically insulating layer. The conductive particles electrically connect the conductor and the interdigital electrode by applying sufficient pressure between them. The conducting particles do not have a relative orientation and are arranged so that substantially all electrical connections made between the conductor and the interdigital electrode occur in the ζ direction (ie, substantially all electrical connections made between the conductor and the interdigital electrode occur at the direction of a relatively flat structure rather than in the planar (xy) direction).

Os dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invençãosatisfazem, portanto, a necessidade na técnica chaves e sensores de força quetenham menos variação de resistência e histerese menor do que os constituídospor contatos de muitas partículas condutoras.The interdigital electronic devices of the present invention therefore satisfy the need in the art for switches and force sensors that have less resistance variation and less hysteresis than those made up of contacts of many conductive particles.

Além disso, foi descoberto que, quando o condutor compreendeum revestimento condutor sobre uma película, os dispositivos eletrônicosinterdigitais da presente invenção são surpreendentemente sensíveis.Furthermore, it has been found that when the conductor comprises a conductive coating on a film, the digital electronic devices of the present invention are surprisingly sensitive.

Descrição Dos DesenhosDescription of Drawings

A Figura 1 é uma vista de topo esquemática de um eletrodointerdigitalFigure 1 is a schematic top view of an interdigital electrode.

A Figura 2 é uma vista lateral esquemática de um dispositivoeletrônico interdigital.Figure 2 is a schematic side view of an interdigital electronic device.

As Figuras 3(a) e (b) são vistas laterais esquemáticas de materiaiscompósitos úteis em um dispositivo eletrônico interdigital da presente invenção.Figures 3 (a) and (b) are schematic side views of composite materials useful in an interdigital electronic device of the present invention.

As Figuras 4(a), (b), (c), e (d) ilustram o uso de um dispositivoeletrônico interdigital da presente invenção usando vistas laterais esquemáticasde um dispositivo eletrônico interdigital da presente invenção.Figures 4 (a), (b), (c), and (d) illustrate the use of an interdigital electronic device of the present invention using schematic side views of an interdigital electronic device of the present invention.

A Figura 5 é uma vista lateral esquemática de um dispositivoeletrônico interdigital que ilustra o trajeto de condução.Figure 5 is a schematic side view of an interdigital electronic device illustrating the driving path.

A Figura 6 é um gráfico de resistência pela força em uma escalaIog-Iog para dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invenção descritosno Exemplo 1 e no Exemplo Comparativo 1.Figure 6 is a Yog-Iog strength resistance plot for interdigital electronic devices of the present invention described in Example 1 and Comparative Example 1.

A Figura 7 é um gráfico de resistência pela força em uma escalaIog-Iog para dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invenção descritosno Exemplo 2 e no Exemplo Comparativo 2.Figure 7 is a Yog-Iog strength resistance plot for interdigital electronic devices of the present invention described in Example 2 and Comparative Example 2.

A Figura 8 é um gráfico de resistência pela força em uma escalaIog-Iog para dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invenção descritosno Exemplo 3 e no Exemplo Comparativo 3.Figure 8 is a Yog-Iog strength resistance plot for interdigital electronic devices of the present invention described in Example 3 and Comparative Example 3.

Embora a invenção seja passível de sofrer diversas modificações eapresentar formas alternativas, suas características específicas foramapresentadas a título de exemplo nos desenhos e serão descritas em detalhes.Although the invention is subject to various modifications and alternative forms, its specific features are given by way of example in the drawings and will be described in detail.

Deve ficar subentendido, no entanto, que a intenção não é a de limitar ainvenção ás modalidades específicas descritas. Pelo contrário, a intenção é a deabranger todas as modificações, equivalentes e alternativas que incidem noespírito e âmbito da invenção.It should be understood, however, that the intention is not to limit the invention to the specific embodiments described. On the contrary, the intention is to discuss all modifications, equivalents and alternatives that affect the spirit and scope of the invention.

Descrição DetalhadaDetailed Description

Os dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invençãopodem ser usados em diversas aplicações para a detecção de contato/toque,detecção e medição de uma alteração relativa na força ou na carga aplicada, nadetecção e medição da taxa de alteração na força, e/ou detecção da remoção deuma carga ou força.The interdigital electronic devices of the present invention may be used in various applications for contact / touch detection, detection and measurement of a relative change in force or applied load, detection and measurement of force change rate, and / or removal detection. of a load or force.

Quando se aplica uma pressão suficiente a um dispositivoeletrônico interdigital da presente invenção, o contato elétrico é feito entre ocondutor e o eletrodo interdigital. Para se fazer contato elétrico entre o condutore o eletrodo interdigital, a presente invenção emprega partículas condutorasdistribuídas eletronicamente de tal modo, que substancialmente todos oscontatos elétricos se produzem através de uma ou mais partículas individuais(isto é, tanto o condutor como o eletrodo interdigital se encontram em contatoelétrico simultâneo com a mesma partícula ou partículas). As partículascondutoras estão pelo menos parcialmente embutidas em uma camadaeletricamente isolante. Por isolante, pretende-se que o material ésubstancialmente menos condutor do que o condutor e as partículas condutoras.When sufficient pressure is applied to an interdigital electronic device of the present invention, electrical contact is made between the conductor and the interdigital electrode. To make electrical contact between the conductor and the interdigital electrode, the present invention employs electronically distributed conductive particles such that substantially all electrical contacts are produced through one or more individual particles (ie, both the conductor and the interdigital electrode are). in simultaneous electrical contact with the same particle or particles). The conducting particles are at least partially embedded in an electrically insulating layer. By insulator, it is intended that the material is substantially less conductive than the conductor and the conductive particles.

Conforme empregado no presente, materiais ou camadas "isolantes" tem umaresistividade acima de aproximadamente 109 ohms.As used herein, "insulating" materials or layers have a resistance above about 109 ohms.

A camada eletricamente isolante permite que a conexão elétricaproduzida por aplicação de pressão seja substancialmente reduzida quandonenhuma pressão é aplicada.The electrically insulating layer allows the electrical connection produced by applying pressure to be substantially reduced when no pressure is applied.

A camada eletricamente isolante pode consistir, por exemplo, emum material resiliente que pode ser deformado para permitir que se faça contatoelétrico quando se aplica pressão, e que devolve o condutor e o eletrodointerdigital às suas posições iniciais separadas quando não se aplica pressão.The electrically insulating layer may consist, for example, of a resilient material which may be deformed to allow electrical contact to be made when pressure is applied, and to return the conductor and the interdigital electrode to their separate starting positions when pressure is not applied.

A distribuição das partículas condutoras de modo tal que contatoselétricos são produzidos por meio de uma ou mais partículas individuais pode terdiversos benefícios. Como o condutor e o eletrodo interdigital estão em contatoelétrico por meio de partículas individuais, há no máximo somente dois pontosde contato para contribuir para resistência de contato para cada contato departícula (uma partícula condutora que entra em contato como condutor constituium ponto de contato, e a mesma partícula condutora que entra em contato como eletrodo interdigital constitui um outro ponto de contato), e este número depontos de contato permanece consistente para cada ativação de um dispositivoeletrônico interdigital específico. Isto pode resultar em uma resistência decontato relativamente baixa e em um sinal mais consistente, confiável ereproduzível sempre que o dispositivo é ativado. Uma resistência de contatomenor dá origem a uma perda de sinal menor, o que em última análise resultaem uma relação mais alta de sinal para ruído, o que pode resultar emdeterminações posicionais ou de pressão mais precisas nos dispositivos detoque ou sensores de força.The distribution of the conductive particles such that electrical contacts are produced by one or more individual particles can have several benefits. Since the conductor and the interdigital electrode are in electrical contact through individual particles, there are only two contact points at most to contribute to the contact resistance for each departmental contact (one conductive particle that contacts the constituent contact point conductor, and the same conductive particle that comes in contact as an interdigital electrode constitutes another contact point), and this number of contact points remains consistent for each activation of a specific interdigital electronic device. This can result in relatively low contact resistance and a more consistent, reliable and reproducible signal every time the device is activated. Lower contact resistance results in lower signal loss, which ultimately results in a higher signal to noise ratio, which may result in more accurate pressure or positional determinations on the detecting devices or force sensors.

Uma outra vantagem de contatos elétricos de uma partículaindividual é a ausência de exigência de alinhamento de partículas e orientaçõespreferidas de partícula a partícula. A aplicação de um campo magnético durantea fabricação, por exemplo, não é necessária para se orientar e alinhar apartículas, tornando a fabricação mais fácil e menos dispendiosa. Além disso,quando se usa o alinhamento magnético, as partículas condutoras abrangem aespessura integral da película resultante necessitando que se aplique uma outracamada isolante, de modo que a construção total não é condutora na ausênciade pressão. A ausência de exigências de alinhamento de partículas podetambém aumentar a durabilidade relativa a dispositivos que empregam fiosalinhados ou hastes alongadas orientadas verticalmente na direção daespessura do dispositivo que pode ser sujeito a flexão e ruptura por ativaçãorepetida e/ou forças aplicadas relativamente grandes. A ausência de exigênciasde alinhamento e orientação de partículas torna os dispositivos eletrônicosinterdigitais da presente invenção especialmente adequados para aplicaçõesem que o dispositivo deve ser montado em configuração curvas, irregulares oude outro modo qualquer não planas.Another advantage of individual particle electrical contacts is the absence of particle alignment requirement and preferred particle-to-particle orientations. Applying a magnetic field during manufacture, for example, is not necessary to orientate and align particles, making fabrication easier and less expensive. In addition, when using magnetic alignment, the conductive particles encompass the integral thickness of the resulting film requiring another insulating layer to be applied, so that the overall construction is not conductive in the absence of pressure. The absence of particle alignment requirements may also increase the durability relative to devices employing vertically oriented aligned wires or elongated rods in the direction of device thickness that may be subjected to repeated activation bending and rupture and / or relatively large applied forces. The absence of particle alignment and orientation requirements makes the digital electronic devices of the present invention especially suitable for applications where the device must be mounted in curved, irregular or otherwise non-flat configuration.

Os dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invençãopodem também ser fabricados com uma espessura muito delgada, pois omaterial compósito precisa ser somente ligeiramente maior do que as partículascondutoras máximas. Podem ser usadas cargas de partículas relativamentebaixas, mantendo ao mesmo tempo um desempenho confiável e uma resoluçãosuficiente. As partículas podem também ser distribuídas de modo tal, que a forçade ativação (isto é, a força necessária para se ativar o dispositivo eletrônicointerdigital) é uniforme em toda a superfície da membrana. A capacidade de seusar uma densidade menor de partículas pode também ser uma vantagemeconômica, pois é usado um número menor de partículas.A Figura 2 mostra um dispositivo eletrônico interdigital 200 queinclui um condutor na forma de uma camada condutora 210, um eletrodointerdigital 220, um material compósito 230 entre o condutor e o eletrodointerdigital, e meios para a medição da resposta elétrica (mostrada aqui comoresistência) em todo o dispositivo eletrônico interdigital 260. Pelo menos um dacamada condutora 210 e eletrodo interdigital 220 é deslocável na direção dooutro, por aplicação de pressão externa, por exemplo. O material compósito 230tem partículas condutoras total ou parcialmente embutidas em uma camadaeletricamente isolante.The interdigital electronic devices of the present invention may also be made to a very thin thickness, as the composite material needs to be only slightly larger than the maximum conducting particles. Relatively low particle loads can be used while maintaining reliable performance and sufficient resolution. The particles may also be distributed such that the activation force (i.e., the force required to activate the interdigital electronic device) is uniform across the membrane surface. The ability to use a lower particle density can also be an economic advantage as fewer particles are used. Figure 2 shows an interdigital electronic device 200 that includes a conductor in the form of a conductive layer 210, an electrodeinterdigital 220, a material 230 between the conductor and the interdigital electrode, and means for measuring the electrical response (shown here for resistance) throughout the interdigital electronic device 260. At least one conductive layer 210 and interdigital electrode 220 is displaceable in the direction of the other by application of pressure. external, for example. Composite material 230 has conductive particles wholly or partially embedded in an electrically insulating layer.

A camada condutora 210 pode ser uma folha condutora, laminadoou revestimento. O material da camada condutora pode incluir qualquer materialcondutor como, por exemplo, metais, semicondutores, semicondutoresdopados, semimetais, óxidos metálicos, condutores orgânicos e condutorpoliméricos e semelhantes e suas misturas. Materiais inorgânicos adequadosincluem, por exemplo, cobre, ouro e outros metais ou ligas metálicashabitualmente usados nos dispositivos eletrônicos, assim como materiaiscondutores transparentes como óxidos condutores transparentes (óxido deíndio-estanho (ITO)1 óxido de antimônio-estanho (ATO) e similares). Pode-setambém usar grafite. Materiais orgânicos adequados incluem, por exemplo,compostos condutores metálicos orgânicos, assim como polímeros condutorescomo polipirrol, polianilina, poliacetileno, politiofeno e materiais como osdescritos na publicação de patente européia EP 1172831.Conductive layer 210 may be a conductive sheet, laminate or coating. The conductive layer material may include any conductive material such as metals, semiconductors, doped semiconductors, semimetals, metal oxides, polymeric organic conductors and the like and mixtures thereof. Suitable inorganic materials include, for example, copper, gold and other metals or alloys commonly used in electronic devices, as well as transparent conductive materials such as transparent conductive oxides (indium tin oxide (ITO) 1 antimony tin oxide (ATO) and the like). You can also use graphite. Suitable organic materials include, for example, organic metallic conductive compounds as well as conductive polymers such as polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, polythiophene and materials as described in European patent publication EP 1172831.

Para algumas aplicações (aplicações de cuidados desaúde/médicas, por exemplo) é preferível que a camada condutora sejapermeável a vapor de umidade. É preferível que a taxa de vapor de umidade(MVTR) da camada condutora seja de aproximadamente 400 g de água/m2/24horas (sendo mais preferível de pelo menos aproximadamente 800; sendo aindamais preferível de pelo menos aproximadamente 1600; sendo o mais preferívelde pelo menos aproximadamente 2000) quando meda usando-se o método deágua de acordo com ASTM E-96-00.For some applications (health care / medical applications, for example) it is preferable that the conductive layer be moisture vapor permeable. It is preferred that the moisture vapor rate (MVTR) of the conductive layer is approximately 400 g of water / m2 / 24 hours (more preferably at least about 800; even more preferably at least about 1600; most preferably at least approximately 2000) when measuring using the water method according to ASTM E-96-00.

O condutor pode ser auto-sustentável ou pode ser disposto sobreum substrato (não mostrado na Figura 2). substratos adequados podem serrígidos (plásticos rígidos, vidro metais ou semicondutores, por exemplo), ouflexíveis (películas de plástico flexível, laminados flexíveis, ou vidro fino, porexemplo). Os substratos podem ser transparentes ou opacos dependendo dasua aplicação.The conductor may be self-supporting or may be arranged on a substrate (not shown in Figure 2). Suitable substrates may be rigid (rigid plastics, glass metals or semiconductors, for example), or flexible (flexible plastic films, flexible laminates, or thin glass, for example). The substrates may be transparent or opaque depending on their application.

O condutor pode também ser um segundo eletrodo interdigital.The conductor may also be a second interdigital electrode.

É preferível que o condutor compreenda um revestimento metálicoou polimérico condutor disposto sobre uma película plástica. É mais preferívelque o condutor compreende um revestimento metálico ou polimérico condutorsobre uma película de poliéster. O mais preferível que o condutor compreendeum revestimento de polietileno-dioxitiofeno (PEDOT), de óxido de índio-estanho(ITO), ou de prata transparente sobre uma película de poliéster.It is preferable that the conductor comprises a metallic or polymeric conductive coating disposed on a plastic film. It is more preferable that the conductor comprises a conductive metallic or polymeric coating on a polyester film. Most preferably, the conductor comprises a coating of polyethylene dioxithiophene (PEDOT), indium tin oxide (ITO), or clear silver on a polyester film.

O eletrodo interdigital tipicamente inclui um padrão condutorsemelhante a dedo sobre um substrato isolante. O material condutor com opadrão pode incluir qualquer material condutor como, por exemplo, metais,semicondutores, semicondutores dopados, semimetais, óxidos metálicos,condutores orgânicos e polímeros condutores, e semelhantes, e suas misturas,conforme descrito acima. Os substratos adequados podem ser rígidos (plásticosrígidos ou vidro, por exemplo), ou flexíveis (películas de plástico flexíveis, vidrofino ou têxteis, por exemplo). Os substratos podem ser transparentes ou opacos,dependendo da aplicação.The interdigital electrode typically includes a finger-like conductive pattern on an insulating substrate. The standard conductive material may include any conductive material such as metals, semiconductors, doped semiconductors, semimetals, metal oxides, organic conductors and conductive polymers, and the like, and mixtures thereof, as described above. Suitable substrates may be rigid (rigid plastics or glass, for example), or flexible (flexible plastic films, glazing or textile, for example). The substrates may be transparent or opaque, depending on the application.

É preferível que o eletrodo interdigital compreenda tinta de prataou ITO sobre um substrato plástico. É mais preferível que o eletrodo interdigitalcompreenda tinta de prata ou ITO sobre um substrato de poliéster.It is preferable that the interdigital electrode comprises silver paint or ITO on a plastic substrate. It is more preferable that the interdigital electrode comprises silver or ITO ink on a polyester substrate.

Para algumas aplicações (aplicações de cuidado desaúde/médicas, por exemplo) é preferível que o substrato do eletrodo interdigitalseja permeável a vapor de umidade. É preferível que a taxa de transmissão devapor de umidade (MVTR) do substrato seja de pelo menos aproximadamente400 g de água/m2/24 horas (sendo mais preferível de pelo menosaproximadamente 800; sendo ainda mais preferível de pelo menosaproximadamente 1600; sendo o mais preferível de pelo menosaproximadamente 2000) quando medida usando-se um método de água deacordo com ASTM E-96-00.For some applications (health care / medical applications, for example) it is preferable that the interdigital electrode substrate be moisture vapor permeable. It is preferable that the substrate moisture vapor transmission rate (MVTR) is at least about 400 g water / m2 / 24 hours (most preferably at least 800; being even more preferable at about 1600; most preferably (approximately 2000) when measured using a water method according to ASTM E-96-00.

Métodos úteis para dispor do padrão de material condutordependerão do tipo de material condutor usado. Alguns materiais como, porexemplo, tintas de prata, tintas de prata-paládio, e tintas de carbono pode serdispostos usando-se impressão por tela. Revestimentos condutores de ligascomo oxido de estanho, óxido de zinco, óxido de índio-estanho, oxido deantimônio e óxido de antimônio-estanho podem ser faiscados ou depositadospor plasma sobre um substrato de polímero, sendo então aplicados usando-setécnicas padrão de ataque químico. Outros materiais condutores podem serdepositados por evaporação térmica de feixe de elétrons, sendo então dispostosem padrão usando-se ataque químico de máscara convencional.Useful methods for arranging the conductive material pattern will depend on the type of conductive material used. Some materials such as silver inks, palladium silver inks, and carbon inks may be disposed using screen printing. Conductive coatings of alloys such as tin oxide, zinc oxide, indium tin oxide, deantimonium oxide and antimony tin oxide may be sparked or deposited by plasma on a polymer substrate and then applied using standard etching techniques. Other conductive materials may be deposited by thermal electron beam evaporation and then disposed of standard using conventional mask chemical attack.

Conforme é bem conhecido na técnica, o padrão interdigital podeser ajustado alterando-se a sua área, o número de dedos e/ou o espaçamentoentre eles a fim de controlar a intensidade do sinal de saída. Tipicamente, oespaçamento entre os dedos do eletrodo interdigital será maior do que aspartículas condutoras para evitar curto-circuitos.As is well known in the art, the interdigital pattern can be adjusted by changing its area, the number of fingers and / or the spacing between them to control the output signal strength. Typically, the interdigital electrode finger spacing will be greater than the conductive particles to avoid short circuits.

O material compósito disposto entre o condutor e o eletrodointerdigital inclui partículas condutoras pelo menos parcialmente embutidas emuma camada eletricamente isolante. As partículas condutoras são dispostas demodo que, quando se aplica pressão sobre o dispositivo para se deslocar ocondutor ou o eletrodo interdigital um em relação ao outro (isto é, deslocar ocondutor na direção do eletrodo interdigital, ou vice versa), pode ser produzidauma conexão elétrica através de partículas individuais que entram em contatotanto com o condutor como com o eletrodo interdigital.The composite material disposed between the conductor and the interdigital electrode includes conductive particles at least partially embedded in an electrically insulating layer. The conductive particles are arranged so that when pressure is applied on the device to move the conductor or the interdigital electrode relative to one another (ie, to move the conductor towards the interdigital electrode, or vice versa), an electrical connection may be produced. through individual particles that contact both the conductor and the interdigital electrode.

Materiais exemplificativos para a camada eletricamente isolanteincluem os materiais que podem manter uma separação elétrica suficiente entreo condutor e o eletrodo interdigital e que apresentam propriedades dedeformabilidade e resiliência que permitam que o material isolante sejacomprimido para permitir contato elétrico dos condutores por meio do contato deuma ou mais partículas individuais e que devolva o condutor e o eletrodointerdigital para um estado eletricamente separado quando a pressão éremovida. Os materiais isolantes adequados incluem silicone, polissiloxanos,poliuretano, polissilicone-poliuretanas, borracha, copolímeros de etileno-acetatode vinila, borracha de nitrila fenólica, borracha de estireno butadieno, blocos depoliéter-amidas, poliolefinas e semelhantes.Exemplary materials for the electrically insulating layer include materials that can maintain sufficient electrical separation between the conductor and the interdigital electrode and which have resilience and resilience properties that allow the insulating material to be compressed to allow electrical contact of the conductors through contact of one or more particles. return the conductor and the interdigital lead to an electrically separated state when the pressure is removed. Suitable insulating materials include silicone, polysiloxanes, polyurethane, polysilicone-polyurethanes, rubber, ethylene-vinyl acetate copolymers, phenolic nitrile rubber, styrene butadiene rubber, depolyether-amide blocks, polyolefins and the like.

Para algumas aplicações (aplicações de cuidados desaúde/médicas, por exemplo) é preferível que a camada eletricamente isolanteseja permeável a vapor de umidade. É preferível que a taxa de transmissão devapor de umidade (MVTR) do material elastomérico seja de pelo menosaproximadamente 400 g de água/m2/24 horas (sendo mais preferível de pelomenos aproximadamente 800; sendo ainda mais preferível de pelo menosaproximadamente 1600; sendo o mais preferível pelo menos aproximadamente2000) quando medida usando-se um método de água de acordo com ASTME-96-00.For some applications (eg health care / medical applications) it is preferable that the electrically insulating layer be permeable to moisture vapor. It is preferable that the moisture vapor transmission rate (MVTR) of the elastomeric material is at least about 400 g water / m2 / 24 hours (most preferably at least 800; even more preferably at least 1600; preferably at least approximately 2000) when measured using a water method according to ASTME-96-00.

Em algumas aplicações é também preferível que a camadaeletricamente isolante material não seja substancialmente afetada por umidade.In some applications it is also preferable that the electrically insulating material layer is not substantially affected by moisture.

A Figura 3(a) mostra um exemplo de um material compósito 330que inclui partículas condutoras 340 parcialmente embutidas em uma camadaeletricamente isolante 350. Fig. 3(b) mostra um exemplo de um outro materialcompósito 331 que inclui materiais condutores 341 completamente embutidosem uma camada eletricamente isolante 351. Embora as Figuras 3(a) e (b) sirvampara ilustrar modalidades de um material compósito útil na presente invenção,qualquer arranjo adequado em que as partículas condutoras estejam embutidastotal ou parcialmente em qualquer relação adequada em qualquer posiçãoadequada no tocante a qualquer superfície específica da camada elastoméricaou material pode ser usado. A presente invenção não exclui materiaiscompósitos que têm casos isolados em que partículas condutoras se sobrepõemna direção da espessura do dispositivo.Figure 3 (a) shows an example of a composite material 330 which includes conductive particles 340 partially embedded in an electrically insulating layer 350. Figure 3 (b) shows an example of another composite material 331 including fully embedded conductive materials 341 in an electrically layered Although Figures 3 (a) and (b) serve to illustrate embodiments of a composite material useful in the present invention, any suitable arrangement wherein the conductive particles are fully or partially embedded in any suitable relationship in any suitable position with respect to any surface Specific elastomeric layer or material can be used. The present invention does not exclude composite materials having isolated cases in which conductive particles overlap in the thickness direction of the device.

É preferível que as partículas condutoras de tamanho máximosejam pelo menos um pouco menores do que a espessura da camada dematerial eletricamente isolante, pelo menos quando o tamanho de partícula formedido na direção da espessura (z) do compósito. Isto pode ajudar a evitar umcurto circuito elétrico.It is preferable that the maximum size conductive particles be at least slightly smaller than the thickness of the electrically insulating material layer, at least when the particle size formed in the direction of the thickness (z) of the composite. This can help to avoid a short electrical circuit.

As partículas condutoras adequadas incluem quaisquer partículasadequadas que têm uma superfície externa contiguamente condutora. Aspartículas condutoras podem ser partículas sólidas, por exemplo, (esferasmetálicas, por exemplo), partículas sólidas revestidas com um material condutor,partículas ocas com uma casca externa condutora ou partículas ocas revestidascom um material condutor. O material condutor pode incluir metais, óxidos demetais condutores, condutores orgânicos e polímeros condutores,semicondutores, por exemplo, e semelhantes. O núcleo de partículas revestidaspode consistir em microesferas de vidro ou de plástico sólidas ou ocas,partículas de cerâmica, partículas de carbono, partículas metálicas, esemelhantes. As partículas condutoras podem ser transparentes,semitransparentes, coloridas ou opacas. Elas podem ter superfícies grosseirasou lisas e podem ser rígidas o deformáveis.Suitable conductive particles include any suitable particles having a contiguously conductive outer surface. Conductive particles may be solid particles, for example (metal spheres, for example), solid particles coated with a conductive material, hollow particles with a conductive outer shell or hollow particles coated with a conductive material. The conductive material may include metals, conductive metal oxides, organic conductors and conductive polymers, semiconductors, for example, and the like. The coated particle core may consist of solid or hollow glass or plastic microspheres, ceramic particles, carbon particles, metallic particles, and the like. The conductive particles may be transparent, semi-transparent, colored or opaque. They may have rough or smooth surfaces and may be rigid or deformable.

O termo "partículas" inclui microesferas esféricas, microesferasalongadas, fibras truncadas, partículas de formato irregular e semelhantes,geralmente as partículas incluem objetos em partículas que tem relações deaspecto (isto é, a relação da dimensão mais estreita para a dimensão mais longa(para uma fibra a relação de aspecto seria comprimento, por exemplo), de 1:1 aaproximadamente 1:20, e têm dimensões características na faixa deaproximadamente 1 μιτι a aproximadamente 500 μιη, dependendo da aplicação.As partículas condutoras são dispersas no material compósito sem nenhumaorientação ou alinhamento preferido.The term "particles" includes spherical microspheres, elongated microspheres, truncated fibers, irregularly shaped particles, and the like, generally particles include particulate objects that have aspect ratios (ie, the ratio of the narrowest dimension to the longest dimension (for a fiber the aspect ratio would be length, for example), from 1: 1 to about 1:20, and have characteristic dimensions in the range of about 1 μιτι to about 500 μιη, depending on the application. Conductive particles are dispersed in the composite material without any orientation or preferred alignment.

Os materiais compósitos podem ser providos de qualquer modoadequado. Geralmente, a produção ou provisão de material compósito envolve adistribuição das partículas condutoras e pelo menos parcialmente oembutimento parcial das partículas condutoras no material eletricamenteisolante. As partículas podem ser primeiro distribuídas sobre a superfície, porexemplo, e o material eletricamente isolante pode ser aplicado comorevestimento, comprimido sobre ela ou laminado à camada de partículas. Asuperfície sobre a qual as partículas são distribuídas pode constituir umacamada do dispositivo eletrônico interdigital, o condutor, por exemplo, ou umsubstrato de suporte que é removido depois das partículas estarem embutidasno material eletricamente isolante. Como um outro exemplo, as partículaspodem ser dispersas no material eletricamente isolante e o compósito resultantepode ser revestido para formar o material compósito. Como um outro exemploainda, o material eletricamente isolante pode ser provido em forma de umacamada, por revestimento, por exemplo, sendo então as partículas condutorasdistribuídas sobre a camada de material eletricamente isolante. As partículaspodem ser embutidas comprimindo-se as mesmas na camada de materialeletricamente isolante, com um aquecimento opcional do material eletricamenteisolante para permitir que o material amoleça, ou distribuindo-se as partículassobre a camada de material eletricamente isolante, e opcionalmentecomprimindo as partículas para dentro da camada de material eletricamenteisolante quando o material eletricamente isolante se encontra em um estado nãocurado ou de outro modo qualquer amolecido, e endurecendo-sesubseqüentemente a camada de material eletricamente isolante por cura,resfriamento ou semelhantes. Podem ser empregadas reações de cura térmica,por umidade e por luz, assim como sistemas de duas partes.Composite materials may be provided in any suitable manner. Generally, the production or provision of composite material involves the distribution of the conductive particles and at least partially the partial embedding of the conductive particles in the electrically insulating material. The particles may first be distributed over the surface, for example, and the electrically insulating material may be applied as a coating, compressed thereon or laminated to the particle layer. The surface on which the particles are distributed may constitute a layer of the interdigital electronic device, the conductor, for example, or a support substrate that is removed after the particles are embedded in the electrically insulating material. As another example, the particles may be dispersed in the electrically insulating material and the resulting composite may be coated to form the composite material. As a further example, the electrically insulating material may be provided as a layer by coating, for example, and the conductive particles are then distributed over the electrically insulating material layer. The particles may be embedded by compressing them into the electrically insulating material layer, with optional heating of the electrically insulating material to allow the material to soften, or by distributing the particles onto the electrically insulating material layer, and optionally compressing the particles into the layer. electrically insulating material when the electrically insulating material is in an uncured or otherwise softened state, and subsequently hardening the electrically insulating material layer by curing, cooling or the like. Thermal, moisture and light curing reactions as well as two-part systems may be employed.

Os métodos de dispersão das partículas condutoras incluem, porexemplo, os descritos no pedido de patente N2 U.S. publicado 03/0129302(Chambers et a!.). Resumindo, as partículas podem ser dispensadas sobre umacamada do material eletricamente isolante na presença de um campo elétricopara auxiliar a distribuição das partículas à medida que elas caemaleatoriamente sobre a camada. As partículas têm carga elétrica, de modo queelas se repelem mutuamente. Portanto impedem-se conexões elétricas lateraise aglomeração de partículas. O campo elétrico é também usado para criar aatração das partículas à película. Tal método pode produzir uma distribuiçãoaleatória não agregadora de partículas condutoras. As partículas podem seraplicadas a uma densidade pré-selecionada com uma distribuição relativamenteuniforme de partículas (número de partículas por unidade de área). Além disso,a trama pode ser separada para auxiliar ainda mais na distribuição daspartículas.Methods of dispersing conductive particles include, for example, those described in published U.S. Patent Application No. 03/0129302 (Chambers et al.). In short, particles can be dispensed onto a layer of electrically insulating material in the presence of an electric field to aid particle distribution as they fall randomly onto the layer. The particles have an electric charge, so that they repel each other. Therefore electrical connections lateraise particle agglomeration are prevented. The electric field is also used to create particle attraction to the film. Such a method may produce a non-aggregating random distribution of conductive particles. The particles may be applied at a preselected density with a relatively uniform particle distribution (number of particles per unit area). In addition, the web may be separated to further aid in particle distribution.

Podem também ser usados outros métodos de dispersão daspartículas condutoras. As partículas podem ser depositadas em bolsos derevestimento liberável micro-replicado, por exemplo, conforme descrito napublicação internacional WO 00/00563. O material eletricamente isolante seriaentão revestido sobre este revestimento cheio de partículas ou comprimidocontra ele.Other methods of dispersing conductive particles may also be used. The particles may be deposited in micro-replicated release coat pockets, for example as described in international publication WO 00/00563. The electrically insulating material would then be coated onto this particulate or compressed coating thereon.

Qualquer outro método para a distribuição ou dispersão daspartículas pode ser usado desde que as partículas sejam de tal mododistribuídas no material compósito que substancialmente todos os contatoselétricos feitos entre o condutor da membrana adesiva e um segundo condutorse produzem através de um ou mais contatos de partículas individuais. Por estemotivo, deve-se tomar cuidado em reduzir ou eliminar a ocorrência de partículasempilhadas no compósito, isto é, duas ou mais partículas tendo posiçõessobrepostas na direção da espessura do compósito).Any other method for the distribution or dispersion of the particles may be used provided that the particles are so distributed in the composite material that substantially all electrical contacts made between the adhesive membrane conductor and a second conductor are produced through one or more individual particle contacts. For this reason care should be taken to reduce or eliminate the occurrence of particulate matter in the composite (i.e. two or more particles having overlapping positions in the direction of composite thickness).

Os métodos para dispersão das partículas sobre o suporte devemassegurar que o contato entre partículas na direção coplanar (x-y) sejaminimizado. De preferência, não mais de duas partículas devem estar emcontato (em uma área de 30 cm2, por exemplo). Com mais preferência,nenhuma par de partículas deve estar em contato entre si (em uma área de 30cm2, por exemplo). Isto impedirá qualquer curto circuito na direção coplanardevido a contato entre partículas.Methods for dispersing particles onto the support should ensure that the particle contact in the coplanar (x-y) direction is minimized. Preferably, no more than two particles should be in contact (in an area of 30 cm 2, for example). More preferably, no pair of particles should be in contact with each other (for example, in an area of 30 cm2). This will prevent any short circuit in the coplanard direction due to particle contact.

As partículas condutoras podem ter uma distribuição por tamanhotal que todas as partículas não tenham tamanhos (ou formatos) idênticos.The conductive particles may have a size distribution so that all particles do not have identical sizes (or shapes).

Nestas circunstâncias, as partículas condutoras de maiores dimensões podemfazer contato elétrico antes das partículas vizinhas de menores dimensões, oumesmo com exclusão das mesmas. Se isso ocorrerá e até que ponto issoocorrerá depende da distribuição por tamanho e formato das partículas, dapresença ou ausência de aglomeração de partículas, da densidade decarregamento e da distribuição espacial das partículas, da capacidade que ocondutor (ou a combinação condutor/substrato) tem de se flexionar e seconformar a variações locais, da deformabilidade das partículas, dadeformabilidade do material no qual as partículas estão embutidas e de fatoressimilares. Estas e outras propriedades podem ser ajustadas, de modo que umnúmero desejável de contatos elétricos entre partículas individuais por unidadeocorra quando se aplica uma pressão suficiente entre o condutor e o eletrodointerdigital. A propriedades podem também ser ajustadas de modo que umnúmero desejável de contatos elétricos com partículas individuais por unidadeseja feito quando uma quantidade dada de pressão por uma quantidadediferente de pressão aplicada entre o condutor e o eletrodo interdigital.In these circumstances, larger conductive particles may make electrical contact before or even smaller neighboring particles. Whether this will occur and the extent to which this will occur depends on the particle size and shape distribution, the presence or absence of particle agglomeration, the charge density and spatial distribution of the particles, the ability of the conductor (or conductor / substrate combination) to bending and conforming to local variations, particle deformability, particle deformability of the material in which the particles are embedded, and similar factors. These and other properties may be adjusted such that a desirable number of electrical contacts between individual particles per unit occurs when sufficient pressure is applied between the conductor and the interdigital electrode. Properties can also be adjusted so that a desirable number of individual particle contacts per unit is made when a given amount of pressure for a different amount of pressure applied between the conductor and the interdigital electrode.

Em algumas modalidades, pode ser preferível que a distribuiçãopor tamanho de partículas seja relativamente estreita e em algumascircunstâncias pode ser preferível que todas as partículas sejamsubstancialmente do mesmo tamanho. Em algumas modalidades, pode serdesejável se ter uma distribuição bimodal de tamanhos de partículas. Pode serdesejável, por exemplo, se ter dois tipos diferentes de partículas, partículasmaiores e partículas menores, dispersas no material compósito.In some embodiments, it may be preferable for the particle size distribution to be relatively narrow and in some circumstances it may be preferable for all particles to be substantially the same size. In some embodiments, it may be desirable to have a bimodal particle size distribution. It may be desirable, for example, to have two different particle types, larger particles and smaller particles, dispersed in the composite material.

As Figuras 4(a), (b), (c) e (d) ilustram o uso de um dispositivoeletrônico interdigital da presente invenção que é um sensor de força interdigitalem que o contato elétrico é produzido por contato físico através de uma ou maispartículas individuais. O dispositivo eletrônico interdigital 400 inclui um condutor410, um eletrodo interdigital 420, material compósito 430 compreendendopartículas condutoras 440 em uma camada eletricamente isolante 450 dispostaentre os condutores, e meios para se medir a resposta elétrica em todo odispositivo eletrônico interdigital 460.Figures 4 (a), (b), (c) and (d) illustrate the use of an interdigital electronic device of the present invention which is an interdigital force sensor in which electrical contact is produced by physical contact through one or more individual particles. . The interdigital electronic device 400 includes a conductor410, an interdigital electrode 420, composite material 430 comprising conductive particles 440 in an electrically insulating layer 450 disposed between the conductors, and means for measuring the electrical response throughout the interdigital electronic device 460.

Quando o dispositivo eletrônico interdigital é destinado a ser usadopara aplicações como sensor de força, a camada eletricamente isolante deveser capaz de voltar substancialmente às suas dimensões originais quando apressão é liberada. Conforme empregado no presente, "capaz de voltarsubstancialmente às suas dimensões originais" significa que a camada é capazde voltar a pelo menos 90 por cento (de preferência pelo menos 95 por cento;sendo mais preferível pelo menos 99 por cento; sendo o mais preferível 100 porcento) da sua espessura original dentro de um período, por exemplo, de 10segundos (de preferência dentro de 1 segundo ou menos). É preferível que acamada eletricamente isolante (no seu estado totalmente curado se for dematerial curável) tenha um módulo de armazenagem (G') substancialmenteconstante dentro de uma faixa ampla de temperaturas (sendo mais preferível ummódulo de armazenagem substancialmente constante entre aproximadamenteO°C e aproximadamente 100°C; sendo o mais preferível um módulo dearmazenagem substancialmente constante entre aproximadamente O0C eaproximadamente 60°C). Conforme empregado no presente, "substancialmenteconstante" significa menos de aproximadamente 50 por cento (de preferênciamenos de 75 por cento) de variação. É preferível que a camada eletricamenteisolante tenha um G' entre aproximadamente 1 χ 103 Pa e aproximadamente 9 χ105 Pa e uma tangente de perda (tan delta) entre aproximadamente 0,01 eaproximadamente 0,60 a 1 Hz a 23°C. É também preferível que a camadaeletricamente isolante seja auto-reparadora (isto é, capaz de se restaurarquando rachada, perfurada ou atravessada).When the interdigital electronic device is intended to be used for force sensing applications, the electrically insulating layer must be able to substantially return to its original dimensions when the pressure is released. As used herein, "capable of returning substantially to its original dimensions" means that the layer is capable of returning to at least 90 percent (preferably at least 95 percent; most preferably at least 99 percent; most preferably 100 percent). percent) of its original thickness within a period, for example, of 10 seconds (preferably within 1 second or less). It is preferable that the electrically insulating bed (in its fully cured state if it is curable material) has a substantially constant storage module (G ') over a wide temperature range (a substantially constant storage module between approximately 0 ° C and approximately 100 ° C being more preferable). Most preferably a substantially constant storage modulus between about 0 ° C and about 60 ° C). As used herein, "substantially constant" means less than approximately 50 percent (preferably less than 75 percent) variation. It is preferable that the electrically insulating layer has a G 'between approximately 1 χ 103 Pa and approximately 9 χ105 Pa and a loss tangent (tan delta) between approximately 0.01 and approximately 0.60 at 1 Hz at 23 ° C. It is also preferable for the electrically insulating layer to be self repairing (i.e. capable of restoring when cracked, punctured or crossed).

Materiais adequados para a camada eletricamente isolante parauso em aplicações de sensores de força incluem, por exemplo, borrachasnaturais e sintéticas (borracha de estireno butadieno ou borracha butílica, porexemplo, poliisopreno, poliisobutileno, polibutadieno, policloropreno,acrilonitrila/butadieno assim como elastômeros funcionalizados como borrachascarbóxi-modificadas ou hidróxi-modificadas modificadas, e semelhantes),acrilatos, silicones incluindo, sem limitação, polidimetil siloxanos, copolímerosde blocos estirênicos (copolímeros de blocos de estireno-isopreno-estireno ouestireno-etileno/butileno-estireno, por exemplo,), poliuretanos inclusive, semlimitação, so à base de isocianato alifático, isocianato aromático e combinaçõessuas, poliéter polióis, poliéster polióis, glicol polióis, e combinações suas.Polímeros termoplásticos de poliuretano adequados são disponíveis de BFGoodrich com o nome Estane™. Preparados termorrígidos podem também serusados para a incorporação de polióis e/ou poliisocianatos com umafuncionalidade média acima de dois (componentes trifuncionais outetrafuncionais, por exemplo). Podem também ser adequadas poliuréias comoas formadas por reação de um poliisocianato com uma poliamina. Poliaminasadequadas podem ser selecionadas de uma grande classe que inclui poliéter epoliéster aminas como as comercializadas por Huntsman com o nomeJeffamine™, e polidimetilsiloxanos funcionais de poliaminas como so descritosna patente N2 U.S. 6.441.118 (Sherman et al.); poliésteres elastoméricos comoos disponíveis de DuPont com o nome Hytrel™; determinadas metalocenopoliolefinas como metaloceno polietileno (por exemplo, polímeros Engage™ ouAffinity™ de Dow Chemical, Midland Ml) podem também ser adequados.Elastômeros fluorados como os flúor-elastômeros Dyneon™ (disponíveis deDyneon LLC1 Oakdale, MN) ou flúor-elastômeros Viton™ (disponíveis de DuPontPerformance Elastomers, Wilmington1 DE) podem também ser adequados. Omateriais elastoméricos podem ser modificados com resinas dehidrocarbonetos, por exemplo, (com politerpenos, por exemplo) ou óleosdiluentes (óleos naftênicos ou plastificantes, por exemplo) ou pela adição decargas orgânicas ou inorgânicas como partículas de poliestireno, argilas, sílica esemelhantes. As cargas podem ter uma morfologia em partículas ou em fibras.As microesferas (microesferas Expancel™, por exemplo, de Akzo Nobel) podemtambém ser dispersas no material elastomérico.Conforme mostrado na Figura 4(a), quando não se aplica pressãoSuitable materials for the electrically insulating layer for use in force sensor applications include, for example, natural and synthetic rubbers (styrene butadiene rubber or butyl rubber, for example polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polychloroprene, acrylonitrile / butadiene as well as rubberized functionalized elastomers). -modified or modified hydroxy-modified, and the like), acrylates, silicones including without limitation polydimethyl siloxanes, styrene block copolymers (styrene-isoprene-styrene or styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymers, for example), polyurethanes including, without limitation, based on aliphatic isocyanate, aromatic isocyanate and combinations thereof, polyether polyols, polyester polyols, glycol polyols, and combinations thereof. Suitable thermoplastic polyurethane polymers are available from BFGoodrich under the name Estane ™. Heat-prepared preparations may also be used for the incorporation of polyols and / or polyisocyanates with an average functionality above two (outetrafunctional trifunctional components, for example). Polyureas such as formed by reaction of a polyisocyanate with a polyamine may also be suitable. Suitable polyamines may be selected from a broad class including polyether and polyester amines such as those marketed by Huntsman under the name Jeffamine ™, and polyamine functional polydimethylsiloxanes as described in U.S. Patent No. 6,441,118 (Sherman et al.); elastomeric polyesters such as available from DuPont under the name Hytrel ™; Certain metallocenopoliolefins such as polyethylene metallocene (eg Engage ™ or Affinity ™ polymers from Dow Chemical, Midland M1) may also be suitable. Fluorinated elastomers such as Dyneon ™ fluorine elastomers (available from Dyneon LLC1 Oakdale, MN) or Viton ™ fluorine elastomers ( available from DuPontPerformance Elastomers, Wilmington1 DE) may also be suitable. Elastomeric materials may be modified with hydrocarbon resins, for example (with polyterpenes, for example) or diluent oils (naphthenic or plasticizing oils, for example) or by the addition of organic or inorganic fillers such as polystyrene particles, clays, silica and the like. The charges may have a particle or fiber morphology. Microspheres (Expancel ™ microspheres, for example, Akzo Nobel) may also be dispersed in the elastomeric material. As shown in Figure 4 (a), when no pressure is applied

entre o condutor 410 e o eletrodo interdigital 420, eles permanecemeletricamente isolados pela camada elastomérica eletricamente isolante 450.Conforme mostrado na Figura 4(b), quando se aplica uma pressão P suficientesobre o condutor 410, pode ser produzido um contato elétrico entre o condutor410 e o eletrodo interdigital 420 por meio de contatos de uma partículaindividual. Os contatos de partícula individual são aqueles contatos elétricosentre o condutor e o eletrodo interdigital em que uma ou mais partículascondutoras individuais entram em contato individualmente tanto com o condutorcomo com o eletrodo interdigital. Conforme mostrado na Figura 4(c), quando seaplica mais pressão P' sobre o condutor 410, a camada elastomérica 450comprime ainda mais e podem ser produzidos mais contatos de partículaindividual. Conforme mostrado na Figura 4(d), quando toda a pressão éremovida, a camada elastomérica 450 volta substancialmente para as suasdimensões originais e não se produz nenhum contato elétrico.between conductor 410 and interdigital electrode 420, they remain electrically isolated by the electrically insulating elastomeric layer 450. As shown in Figure 4 (b), when sufficient P pressure is applied to conductor 410, an electrical contact between conductor410 and interdigital electrode 420 by means of contacts of an individual particle. Individual particle contacts are those electrical contacts between the conductor and the interdigital electrode where one or more individual conducting particles come into individual contact with both the conductor and the interdigital electrode. As shown in Figure 4 (c), when more pressure P 'is applied to conductor 410, elastomeric layer 450 compresses further and more individual particle contacts can be produced. As shown in Figure 4 (d), when all pressure is removed, the elastomeric layer 450 returns substantially to its original dimensions and no electrical contact is produced.

A Figura 5 ilustra o trajeto de condução em um dispositivoeletrônico interdigital ativado da invenção. No dispositivo 500, aplica-se umaquantidade suficiente de pressão P no condutor 510, e produz-se o contatoelétrico entre o condutor 510 e o eletrodo interdigital 520 (mostrado dispostosobre o substrato 570) por meio de contatos de partículas individuais. O trajetode condução 580 se desloca através de um primeiro dedo do eletrodo interdigital520 (a) e uma primeira partícula condutora 540 (a), através do condutor 510 edescendo por uma segunda partícula condutora 540(b) e segundo dedo doeletrodo interdigital 520(b). Os dois dedos do eletrodo interdigital sãoconectados a meios para a medição da resposta elétrica através do dispositivoeletrônico interdigital 560.Figure 5 illustrates the driving path in an activated interdigital electronic device of the invention. In device 500, a sufficient amount of pressure P is applied to conductor 510, and the electrical contact between conductor 510 and interdigital electrode 520 (shown arranged on substrate 570) is produced by means of individual particle contacts. Conduction path 580 travels through a first finger of interdigital electrode 520 (a) and a first conductive particle 540 (a) through conductor 510 and a second conductive particle 540 (b) and second finger of interdigital electrode 520 (b) . The two fingers of the interdigital electrode are connected to means for measuring the electrical response through the interdigital electronic device 560.

Um dispositivo eletrônico interdigital da presente invenção podeser conectado eletricamente a meios para a medição de resposta elétrica(resistência, condutância, corrente, voltagem, por exemplo, e semelhantes) a fimde detectar uma forço ou para medir a alteração em força através do dispositivo.An interdigital electronic device of the present invention may be electrically connected to means for measuring electrical response (resistance, conductance, current, voltage, and the like) in order to detect a force or to measure change in force through the device.

Os meios para a medição da resposta elétrica podem ser conectados a doisdedos ou aos traços do eletrodo interdigital, por exemplo, ou conectados a umaparte do eletrodo interdigital e do condutor. A resposta elétrica pode ser lidausando-se qualquer meio adequado (com um contador de ohms, um multímetro,um conjunto de diodos emissores de luz (LEDs) ou sinal de áudio com acircuitagem adequada, por exemplo).The means for measuring the electrical response may be connected to two fingers or traces of the interdigital electrode, for example, or connected to a part of the interdigital electrode and conductor. The electrical response can be read by using any suitable medium (such as an ohm meter, a multimeter, a set of light-emitting diodes (LEDs), or properly sounding audio signal, for example).

Um dispositivo eletrônico interdigital da invenção pode também serusado do modo descrito acima, mas em que o eletrodo interdigital se desloca nadireção do condutor.An interdigital electronic device of the invention may also be used in the manner described above, but wherein the interdigital electrode travels at the direction of the conductor.

Os dispositivos eletrônicos interdigitais da presente invenção sãoúteis em muitas aplicações como dispositivos eletrônicos ativados por forçacomutável e dispositivos sensores de força. As chaves de força são úteis, porexemplo, como chaves de membrana e painéis de toque. Os sensores de forçasão úteis em aplicações de saúde, por exemplo, para alertar sobre uma pressãoexcessiva sob o gesso, ou para monitorar a pressão e prevenir escaras dedecúbito e úlceras do pé ou da perna em diabéticos. Eles são também úteis, porexemplo, em aplicações automotivas (em sensores de assento ou para aabertura de "airbags", por exemplo), aplicações de consumidores (comosensores de carga ou peso, por exemplo, ou em "sistemas inteligentes" paraperceber a presença ou ausência de um artigo na prateleira), aplicações defabricação (para monitorar a pressão de cilindros de estrangulamento, porexemplo), aplicações esportivas (para monitorar velocidade, força ou impacto oucomo sensores de garra sobre bastões ou raquetes) e similares.The interdigital electronic devices of the present invention are useful in many applications such as switchable force-activated electronic devices and force sensing devices. Power switches are useful, for example, as membrane switches and touch panels. Force sensors are useful in healthcare applications, for example to warn of excessive pressure under the cast, or to monitor pressure and prevent decubitus bedsores and foot or leg ulcers in diabetics. They are also useful, for example, in automotive applications (in seat sensors or for airbag deployment, for example), consumer applications (such as load or weight sensors, or in "smart systems" for perceiving the presence or absence of an item on the shelf), fabrication applications (for monitoring throttling cylinder pressure, for example), sports applications (for monitoring speed, force or impact or as grab sensors on bats or rackets) and the like.

ExemplosExamples

Os objetivos e vantagens desta invenção são ilustrados com aindamais detalhes pelos exemplos abaixo, mas os materiais específicos e suasquantidade citados nestes exemplos, assim como outras condições e detalhes,não devem ser considerados Iimitantes da presente invenção.The objects and advantages of this invention are further illustrated by the examples below, but the specific materials and their quantity cited in these examples, as well as other conditions and details, should not be construed as limiting the present invention.

Unidade de TesteTest Unit

Os dispositivos foram avaliados usando-se um aparelho chamadoaparelho de força que consiste em uma célula de carga (modelo LCFD de 1 kgda Omega Engineering Inc., Hartford, CT1 EUA) que mede a força normalaplicada sobre o dispositivo. O dispositivo a ser avaliado foi colocado na célulade carga horizontalmente e preso com fita. Um cilindro operadopneumaticamente (modelo E9X de 0,5N da Airpot Corporation, Norwalk, CT,EUA) conectado a duas válvulas (modelo EC-2-12 da Clippard InstrumentLaboratory1 Cincinnati, OH1 EUA), sob controle computadorizado, com arcomprimido a aproximadamente 275 kPa, foi colocado diretamente acima dacélula de carga. Abrindo-se e fechando-se as válvulas em uma certa seqüência,o cilindro foi deslocado para baixo em etapas constantes pré-determinadas paraaumentar a força aplicada sobre o dispositivo que foi colocado na célula decarga. A célula de carga foi conectada a um dispositivo mostrador (modeloDP41-S-A da Omega Engineering Inc. Hartford, CT, EUA) que mostrou a forçaaplicada. Uma vez atingido um limite pré-determinado de força, o ar é expelidodo sistema usando-se uma válvula de ventilação para reduzir a força aplicadasobre o dispositivo.The devices were evaluated using a device called a force device consisting of a load cell (1 kg LCFD model from Omega Engineering Inc., Hartford, CT1 USA) that measures the normal force applied to the device. The device to be evaluated was placed in the load cell horizontally and taped. A pneumatically operated cylinder (model E9X 0.5N from Airpot Corporation, Norwalk, CT, USA) connected to two valves (Clippard InstrumentLaboratory1 model Cincinnati, OH1 USA), under computer control, compressed to approximately 275 kPa , was placed directly above the load cell. Opening and closing the valves in a certain sequence, the cylinder was moved downward at predetermined constant steps to increase the force applied to the device that was placed in the discharge cell. The load cell was connected to a display device (model DP41-S-A from Omega Engineering Inc. Hartford, CT, USA) which showed the applied force. Once a predetermined force limit is reached, air is expelled from the system using a vent valve to reduce the force applied to the device.

O dispositivo foi conectado a um multímetro para registrar aresposta elétrica do dispositivo. A resistência do dispositivo foi medidausando-se um multímetro digital (Keithley Modelo 197A de Keithley Inc., Cleveland, OH1 EUA). A força aplicada lida no multímetro foi capturada com umsistema de aquisição de dados computadorizado. A força aplicada variou de 10a 1.000 gramas de peso e a aplicação da força foi efetuada a uma taxa deaproximadamente 2,8 g/segundo (167 g/minuto).The device was connected to a multimeter to record the device's electrical response. Device resistance was measured using a digital multimeter (Keithley Model 197A from Keithley Inc., Cleveland, OH1 USA). The applied force read on the multimeter was captured with a computerized data acquisition system. The force applied ranged from 10 to 1,000 grams in weight and the force was applied at a rate of approximately 2.8 g / second (167 g / minute).

Explicação Do Valor NExplanation Of Value N

Quando a resistência através de um dispositivo é medida, aresposta da resistência versus força pode ser colocada em um gráfico log-log.Em uma certa faixa, a relação da lei de potência pode ser dada pela fórmula:resistência - A/Fn, em que A é uma constante, F é força e η (o "valor n") é ainclinação da linha de melhor ajuste (determinada por regressão linear) nográfico log-log. O valor η indica a sensibilidade do dispositivo. Quanto mais altofor o valor n, maior a alteração da resistência do dispositivo para uma dadaalteração da força aplicada. Um valor η mais baixo significa uma alteraçãomenor de resistência para a mesma alteração da força aplicada.Procedimento geralWhen resistance across a device is measured, the resistance versus force response can be plotted on a log-log plot. Within a certain range, the power law relationship can be given by the formula: resistance - A / Fn, where A is a constant, F is force and η (the "n value") is the slope of the best fit line (determined by linear regression) in the log-log graph. The value η indicates the sensitivity of the device. The higher the value n, the greater the change in device resistance for a given change in applied force. A lower η value means a smaller change in resistance for the same change in applied force. General procedure

Uma camada (de aproximadamente 25 mícrons de espessura) deelastômero não curado foi revestida com faca sobre um condutor. A composiçãodo elastomero, expressa em phr (partes por em partes de borracha), foi deA layer (approximately 25 microns thick) of uncured elastomer was knife-coated over a conductor. The composition of the elastomer, expressed in phr (parts by parts of rubber), was of

<table>table see original document page 22</column></row><table><table> table see original document page 22 </column> </row> <table>

Microesferas de vidro revestidas com oxido de índio-estanho(ITO)1 disponíveis no comércio como SD120 da 3M Company (St. Paul, MN1EUA) foram triadas usando-se peneiras disponíveis no comércio bemconhecidas na técnica de seleção de microesferas em tamanhos inferiores aaproximadamente 50 micra. As microesferas foram dispensadas sobre acamada não curada de elastômero, usando-se um dispensador de partículasessencialmente conforme descrito no pedido de patente publicada N2 U.S.03/0129302 (Chambers et al.). Deixou-se que o elastômero curasse àtemperatura ambiente. Um segundo condutor ou um eletrodo interdigital foientão preso no elastômero curado para formar um dispositivo. O dispositivoresultante foi testado usando-se o aparelho de força descrito acima.Commercially available indium tin oxide (ITO) 1 glass microspheres such as SD120 from 3M Company (St. Paul, MN1EUA) were screened using commercially available sieves well known in the art of selecting microspheres in sizes smaller than approximately 50 µm. micra. The microspheres were dispensed onto uncured elastomer bed using a particle dispenser essentially as described in published patent application No. U.S.03 / 0129302 (Chambers et al.). The elastomer was allowed to cure at room temperature. A second conductor or interdigital electrode was then attached to the cured elastomer to form a device. The resulting device was tested using the power device described above.

Exemplos 1-6Examples 1-6

Dispositivos interdigitais com uma película metálica ou umcondutor de olha metálica (conforme indicado na tabela abaixo) foramconstruídos de acordo com o procedimento geral. Os eletrodos interdigitais,adquiridos de CIickTouch America, Inc., Saint-Laurent1 Quebec, Canadá foramconstruídos por impressão por tele com tinta de prata sobre um substrato depoliéster de 250 micra de espessura. Uma visa esquemática dos eletrodosinterdigitais é apresentada na Figura 1. O padrão semelhante a dedo (comquinze "dedos") media 10 mm χ 10 mm. Os traços tinham 9 mm de comprimentoe estavam afastados entre si de 0,25 m.Interdigital devices with a metal foil or metallic eye conductor (as indicated in the table below) were constructed according to the general procedure. Interdigital electrodes, purchased from CIickTouch America, Inc., Saint-Laurent, Quebec, Canada, were constructed by tele-printing with silver ink on a 250 micron thick polyester substrate. A schematic view of the interdigital electrodes is shown in Figure 1. The finger-like pattern (with fifteen "fingers") measured 10 mm χ 10 mm. The lines were 9 mm long and 0.25 m apart.

Os dispositivos interdigitais foram testados usando-se o aparelhode força descrito acima. Os dados de teste para os Exemplos 1 a 3 são lançadosem um gráfico Iog-Iog nas Figuras 6, 7 e 8 respectivamente (juntamente com osdados de teste de Exemplos Comparativos 1 a 3). O valor de η da linha de melhor ajuste para cada dispositivo interdigital é mostrada na tabela abaixo, aforça de ativação (Fi) de cada dispositivo interdigital, definida como a forçanecessária para mostrar uma resistência de 1 KOH é também mostrada.Interdigital devices were tested using the force device described above. Test data for Examples 1 to 3 are plotted in a Yog-Yog graph in Figures 6, 7 and 8 respectively (along with Test data from Comparative Examples 1 to 3). The η value of the best fit line for each interdigital device is shown in the table below. The activation force (Fi) of each interdigital device, defined as the force required to show a resistance of 1 KOH is also shown.

Exemplos Comparativos 1 a 3Dispositivos com elastômero interposto entre dois condutores em películas condutoras (conforme indicado na tabela abaixo) foram construídos deacordo com o procedimento geral. Os dispositivos foram testados usando-se oaparelho de força descrito acima. Os dados de teste são lançados em um gráficolog-Iog mostrados nas Figuras 6, 7, e 8 (com dados de teste dos Exemplos 1 a3). O valor η da linha de melhor ajuste para cada dispositivo interdigital émostrada na tabela abaixo. A força de ativação (Fi) de cada dispositivo, definidacomo a força necessária para apresentar uma resistência de 1 kOhm é tambémapresenta.Comparative Examples 1 to 3 Elastomeric devices interposed between two conductors in conductive films (as indicated in the table below) were constructed according to the general procedure. The devices were tested using the power apparatus described above. The test data is rolled into a graph-log shown in Figures 6, 7, and 8 (with test data from Examples 1 to 3). The value η of the best fit line for each interdigital device is shown in the table below. The activation force (Fi) of each device, defined as the force required to present a resistance of 1 kOhm is also shown.

<table>table see original document page 23</column></row><table><table>table see original document page 24</column></row><table>Diversas modificações e alterações à presente invençãoevidenciar-se-ão aos versados na técnica sem que haja desvio do âmbito eespírito da presente. Deve-se ter em mente que a presente invenção não selimitada às modalidades ilustrativas e aos exemplos apresentados no presentedocumento e que tais exemplos e modalidades são apresentados a título deexemplo somente, destinando-se o âmbito da presente invenção a restringir-sesomente pelas reivindicações apresentadas conforme abaixo.<table> table see original document page 23 </column> </row> <table> <table> table see original document page 24 </column> </row> <table> Several modifications and changes to the present invention will be apparent from: Those skilled in the art without deviating from the scope and spirit of the present. It should be borne in mind that the present invention is not limited to the illustrative embodiments and examples set forth herein and that such examples and embodiments are set forth by way of example only, the scope of the present invention being limited solely to the claims set forth herein. below, down, beneath, underneath, downwards, downhill.

Claims (10)

1. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL,caracterizado Pelo fato de compreender:um condutor;um eletrodo interdigital; eum material compósito disposto entre o condutor e o eletrodointerdigital para conectar eletricamente o condutor e o eletrodo interdigital poraplicação de uma pressão suficiente entre eles,sendo que o material compósito compreende partículascondutoras pelo menos parcialmente embutidas em uma camada eletricamenteisolante,as partículas condutoras não possuem orientação relativa e sendodispostas de modo tal que substancialmente todas as conexões elétricas feitasentre o condutor e o eletrodo interdigital estão na direção z,sendo que o condutor e/ou o eletrodo interdigital é deslocável na direção dooutro.1. INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE, characterized by the fact that it comprises: a conductor, an interdigital electrode; It is a composite material arranged between the conductor and the interdigital electrode to electrically connect the conductor and the interdigital electrode by applying sufficient pressure between them, and the composite material comprises conductive particles at least partially embedded in an electrically insulating layer, the conductive particles have no relative orientation. and are arranged such that substantially all electrical connections made between the conductor and the interdigital electrode are in the z-direction, with the conductor and / or interdigital electrode being displaceable in the other direction. 2. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condutor compreendeum eletrodo interdigital.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to claim 1, characterized in that the conductor comprises an interdigital electrode. 3. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo interdigital estádisposto sobre um substrato.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to claim 1, characterized in that the interdigital electrode is disposed on a substrate. 4. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o substrato étransparente.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the substrate is transparent. 5. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o condutor eo eletrodo interdigital são transparentes.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the conductor and the interdigital electrode are transparent. 6. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a camadaeletricamente isolante é capaz de voltar substancialmente às suas dimensõesoriginais quando a pressão é removida.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the electrically insulating layer is capable of substantially returning to its original dimensions when the pressure is removed. 7. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a camada eletricamenteisolante compreende um material elastomérico que tem um G' substancialmenteconstante entre aproximadamente O0C e aproximadamente 100°C.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to claim 6, characterized in that the electrically insulating layer comprises an elastomeric material having a substantially constant G 'between about 0 ° C and about 100 ° C. 8. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a camada eletricamenteisolante compreende um material elastomérico que tem um G' entreaproximadamente 1 χ 103 Paeaproximadamente 9 χ 105 Pa e uma tangente deperda entre aproximadamente 0,01 e aproximadamente 0,60 a 1 Hz e a 23°C.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to claim 6, characterized in that the electrically insulating layer comprises an elastomeric material having a G 'between approximately 1 χ 103 Pa and approximately 9 χ 105 Pa and a loss tangent between approximately 0.01 and approximately 0 At 60 Hz and 23 ° C. 9. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender,ainda, meios para a medição de resposta elétrica dinâmica através dodispositivo.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to one of Claims 1 to 8, characterized in that it further comprises means for measuring dynamic electrical response through the device. 10. DISPOSITIVO ELETRÔNICO INTERDIGITAL, de acordocom uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de ser umcomutador ativado por força ou um sensor de força.INTERDIGITAL ELECTRONIC DEVICE according to one of Claims 1 to 9, characterized in that it is a force-activated switch or a force sensor.